Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Dalam proses melakukan usaha, benda yang melakukan usaha itu memindahkan energi yang dimilikinya ke benda lain. Energi yang dimiliki benda agar benda itu dapat melakukan usaha dinamakan energi mekanik.

 

Energi mekanik benda dalam bentuk energi potensial dan energi kinetik dapat diubah menjadi usaha.

Perhatikanlah gambar. Beban yang ditarik sampai di ketinggian h memiliki energi mekanik dalam bentuk energi potensial. Saat tali yang menahan berat beban digunting, energi berubah menjadi energi kinetik. Selanjutnya, saat beban menumbuk pasak yang terletak di bawahnya, beban tersebut memberikan gaya yang menyebabkan pasak terbenam ke dalam tanah. Beban itu dikatakan melakukan usaha pada pasak.

Dengan demikian, energi mekanik dapat didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau disebut juga energi total. Besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap, sedangkan energi kinetik dan energi potensialnya dapat berubah-ubah. Penulisannya secara matematis adalah sebagai berikut.

EM = EP + EK

Benda yang jatuh bebas akan mengalami perubahan energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Perhatikanlah gambar dibawah. Suatu bola dilepaskan dari suatu ketinggian sehingga saat bola berada pada ketinggian h₁ dari permukaan tanah, bola itu memiliki v₁. Setelah mencapai ketinggian h₂ dari permukaan tanah, kecepatan benda berubah menjadi v₂.

 

Hukum Kekekalan Energi Mekanik suatu bola yang jatuh bebas dari ketinggian h₁ dengan kecepatan awal v₁ ke ketinggian h₂ dengan kecepatan v₂.

Saat bola benda berada di ketinggian h₁, energi potensial gravitasinya adalah EP₁ dan energi kinetiknya EK₁. Saat benda mencapai ketinggian h₂, energi potensialnya dinyatakan sebagai EP₂ dan energi kinetiknya EK₂. Anda telah mempelajari bahwa perubahan energi kinetik dan energi potensial benda adalah usaha yang dilakukan gaya pada benda. Dengan demikian, dapat dituliskan

W = ΔEK = ΔEP

EK₂ – EK₁ = EP₁ – EP₂

EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

mgh₁ + ½ mv₁² = mgh₂ + ½ mv₂²

persamaan di atas disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Contoh soal

Sebuah benda berada dalam keadaan diam pada ketinggian 80 cm dari permukaan tanah. Massa benda 5 kg dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s². Tentukan energi mekanik benda tersebut.

Jawab :

Diketahui: v = 0 m/s, h = 80 cm = 0,8 m, dan g = 10 m/s².

EM = EP + EK = mgh + ½ mv²

= (5 kg)(10 m/s²)(0,8 m) + 0 = 40 joule

Jadi, energi mekanik benda yang diam akan sama dengan energi potensialnya karena energi kinetiknya nol.